基于挖掘阻力的土壤等级辨识与最佳入土角的研究

发布时间：2017-08-30 18:02

  本文关键词：基于挖掘阻力的土壤等级辨识与最佳入土角的研究

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【摘要】：液压挖掘机因其功能齐全、使用广泛,在工程机械中占有重要的地位。面对现代农业的发展,挖掘机作为农业机械的一种,其现代化与智能化成为提高农业生产效率、减小劳动强度的重要途径。因此,本课题以提高挖掘机作业效率为切入点,以实现挖掘机对土壤等级和最佳入土角的自动辨识为目的,通过对挖掘阻力、工作装置进行分析建模,并以所得模型为理论依据对不同土壤进行试验,最终对试验结果进行评价。研究结合土力学、理论力学、运动学、动力学和编程控制等对土壤等级辨识和最佳入土角展开研究,具体工作主要涉及以下几个方面：论述了国内外土壤挖掘、切削力学建模的研究现状,指出了对土壤力学进行研究的必要性,并对建模中的重点和难点进行介绍。通过对土壤内部结构进行分析,得到土壤破坏力的决定因素；结合实际工程应用,根据土壤开挖难易程度(紧固系数)对土壤进行等级划分；运用土力学对土壤剪切受力情况进行详细分析,得到土壤阻力模型；运用动力学、理论力学对铲斗与土壤间互相作用力进行建模,得到铲斗的挖掘阻力模型；结合土壤阻力模型与挖掘阻力模型,得到最终的土壤等级辨识模型。把挖掘机工作装置与机器人学联系起来,通过运动学对工作装置进行运动学建模；运动学正解用于反馈当前斗尖位姿(位置和姿态),运动学逆解实现轨迹自动控制；对所有挖掘可行性策略进行分析整理,找出适合自动控制的挖掘策略,便于土壤等级辨识的自动化。最后通过试验验证理论模型,试验结果表明,加入土壤等级辨识模型和自动挖掘策略的挖掘机,对土壤等级和最佳入土角度具有很好的自动辨识效果,其中土壤等级辨识准确率在95%以上,粘土最佳入土角为19.6°～24.73°,粗沙最佳入土角为21.26°～29.08°,石子最佳入土角为30.99°～37.63°。
【关键词】：挖掘阻力 土壤力学 土壤等级 自动辨识 最佳入土角
【学位授予单位】：湖南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S222.55
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 课题背景及研究意义10-11
• 1.2 国内外土壤力学研究现状11-14
• 1.2.1 国外土壤力学研究现状11-12
• 1.2.2 国内土壤力学研究现状12-14
• 1.3 本课题研究内容和主要工作14-16
• 1.3.1 课题来源及研究目的14
• 1.3.2 主要研究内容14-15
• 1.3.3 研究技术路线15-16
• 1.4 本章小结16-17
• 第二章 挖掘策略及工作装置运动学建模17-28
• 2.1 挖掘策略17-20
• 2.1.1 方案粗选17-18
• 2.1.2 方案细化18-20
• 2.2 工作装置运动学建模20-27
• 2.2.1 工作装置空间描述20-22
• 2.2.2 运动学正解22-25
• 2.2.3 运动学逆解25-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第三章 挖掘力学建模与辨识方法28-56
• 3.1 土壤概况28-32
• 3.1.1 土壤基本物理指标28-30
• 3.1.2 土壤分类30-32
• 3.2 挖掘阻力建模32-39
• 3.2.1 静态挖掘阻力34-35
• 3.2.2 动态挖掘阻力35-39
• 3.3 土力学建模39-47
• 3.3.1 基于试验的土力学建模40-43
• 3.3.2 基于数理解析的土力学建模43-47
• 3.4 挖掘力学模型组建47-51
• 3.4.1 油缸主动作用力47-48
• 3.4.2 铲斗自重48-49
• 3.4.3 铲斗惯性力49-50
• 3.4.4 铲斗O点支反力50-51
• 3.5 辨识方法51-55
• 3.5.1 土壤等级辨识51-53
• 3.5.2 最佳入土角辨识53-55
• 3.6 本章小结55-56
• 第四章 控制系统软件设计56-64
• 4.1 控制系统上下位机任务分配56-57
• 4.2 上位机主要任务57-61
• 4.3 下位机主要任务61-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第五章 土壤自动辨识试验研究64-74
• 5.1 试验目的与试验内容64
• 5.2 试验准备工作64-67
• 5.3 试验结果与数据分析67-72
• 5.3.1 土壤等级辨识67-70
• 5.3.2 最佳入土角辨识70-72
• 5.4 本章小结72-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 6.1 研究总结74-75
• 6.2 研究展望75-76
• 参考文献76-81
• 附录81-84
• 图、表附录84-86
• 符号表86-88
• 致谢88-89
• 作者简介89

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本文编号：760764